Wärmepumpe
Was ist eine Wärmepumpe?
Eine Wärmepumpe ist eine Heizungs- und Klimatisierungstechnologie, die es ermöglicht, Wärme von einem Ort mit niedrigerer Temperatur zu einem Ort mit höherer Temperatur zu transportieren. Im Gegensatz zu konventionellen Heizsystemen, die Wärme durch Verbrennung von fossilen Brennstoffen erzeugen, nutzt eine Wärmepumpe vorhandene Wärmequellen in der Umgebung, wie z.B. Luft, Boden oder Wasser, um Gebäude zu beheizen oder zu kühlen.
Wärmepumpen erzeugen aus einer Kilowattstunde Strom ein Mehrfaches an Wärmeenergie und sind deshalb sehr effizient und umweltfreundlich, da sie Wärmeenergie aus erneuerbaren Quellen gewinnen und im Vergleich zu herkömmlichen Heizsystemen signifikant weniger Energie benötigen.
Wie funktioniert eine Wärmepumpe?
Eine Wärmepumpe besteht aus einem geschlossenen Kreislauf, indem ein Kältemittel (z.B. R290 – Propan) zirkuliert und den folgenden vier grundlegenden Komponenten:
1. Verdampfer
Durch Umweltwärme wird das flüssige Kältemittel im Verdampfer Gasförmig
2. Verdichter/ Kompressor
Der Verdichter komprimiert das Kältemittel mit Hilfe von Strom. Dadurch steigt die Temperatur des Kältemittels
3. Kondensator
Im Wärmetauscher wird dem Kältemittel die Wärme entzogen und zur Heizung weitergeleitet. Das Kältemittel kühlt ab und wird wieder flüssig
4. Expansionsventil
Der Druck wird verringert, wodurch die Temperatur weiter sinkt. Das Kältemittel entspannt sich und kühlt dadurch weiter ab. Nun kann es wieder zum Verdampfer gelangen. Durch neue Umweltwärme kann der Prozess von vorne beginnen.
Welche Wohngebäude eignen sich für eine Wärmepumpe?
Um diese Frage zu beantworten, möchte ich auf folgende Studien und den Vortrag vom „Energiesparkommissar“ Carsten Herbert auf dem Herbstforum Altbau (siehe Aktuelles Thema) hinweisen:
- Energieeffizienz als Türöffner für erneuerbare Energien im Gebäudebereich (ifeu – Institut für Energie- und Umweltforschung 2021)
- WPsmart im Bestand (Fraunhofer ISE 2020)
In der ifeu-Studie definiert man, basierend auf den Ergebnissen der Fraunhofer ISE Studie, dass ein Gebäude „Niedertemperatur Ready“ sein muss, was bedeutet, dass damit ein energetischer Mindeststandard erreicht ist, ab dem Wärmepumpen in der Regel sinnvoll eingesetzt werden können. NT-Ready stellt sicher, dass Technik und Energieverbräuche und damit die Verbrauchskosten im grünen Bereich bleiben.
Installieren Sie Strom- und Wärmemengenzähler für die Wärmepumpe, um die tatsächliche Jahresarbeitszahl ermitteln zu können. Vergleichen Sie die gemessene und theoretisch berechnete Arbeitszahl mit einem Fachmann, um Optimierungspotenziale zu erkennen. Entspricht die gemessene Arbeitszahl nicht Ihren Erwartungen, sind Planung und Betrieb der Wärmepumpe unbedingt zu überprüfen.
Ab wann ist ein Gebäude NT-Ready?
Grundsätzlich kann gesagt werden, dass eine Wärmepumpe umso effizienter arbeitet, je niedriger die Vorlauftemperatur ist. Die Studien haben aber auch gezeigt, dass der Effizienzverlust einer Wärmepumpe, die mit 35°C Vorlautemperatur betrieben wird, im Vergleich zu einer Wärmepumpe, die mit 55°C betrieben wird, gerade mal 14% ausmacht. Wenn man jetzt noch berücksichtigt, dass über einen Zeitraum von 10 Jahren gerade mal 2 Tage im Durchschnitt bei -10°C lagen (Frankfurt, 2008-2017 – Quelle: Deutscher Wetterdienst), bedeutet das, dass eine Wärmepumpe den Rest des Jahres unter 50°C betrieben werden kann. Deshalb spielen die zwei kältesten Tage im Jahr, an denen mal eine Vorlauftemperatur von 55°C erforderlich ist, in Bezug auf die Jahresbilanz bzw. Jahresarbeitszahl (JAZ) einer Wärmepumpe, keine Rolle.
Basierend auf diesen Ergebnissen hat das ifeu folgende Empfehlung definiert:
„Gebäude sind NT-Ready, wenn Maßnahmen der Wärmedämmung, Heizkreisoptimierung oder effizienten Warmwasserbereitung soweit vollzogen sind, dass mit einer maximalen Heizwasser-Vorlauftemperatur von 55°C die von den Raumnutzern geforderte Raumtemperatur gewährleistet ist.“
Wie erreicht man eine maximale Vorlauftemperatur von 55°C?
Die Vorlauftemperatur einer Heizungsanlage hängt im Wesentlichen von zwei Größen ab:
1. von der Heizlast der Räume:
Die Gebäudeheizlast ist die Wärmemenge, die erforderlich ist, um ein Gebäude am kältesten Tag des Jahres (ist regional verschieden) auf eine bestimmte Innentemperatur (in der Regel 22°C) zu heizen und aufrechtzuerhalten. Sie ist abhängig von der beheizten Fläche und dem Dämmzustand der thermischen Hüllflächen.
2. von der Heizleistung der Heizkörper:
Das ist die Wärmemenge, die ein Heizkörper oder eine Flächenheizung an den Raum abgibt. Sie ist abhängig von der Heizkörperart und -größe.
Welche Dienstleistung für die Auswahl einer geeigneten Wärmepumpe biete ich an?
Häufig ist eine Heizlastberechnung und ein Hydraulischer Abgleich für Projekte, die durch die KfW-Förderbank und das BAFA gefördert werden, zwingend erforderlich.
Im Rahmen kleiner und mittlerer Projekte für die Auslegung von Wärmepumpen biete ich folgende Dienstleistungen an:
- Gebäude- und raumweise Heizlastberechnung
- Auslegung der Wärmepumpenleistung unter zusätzlicher Berücksichtigung des TWW-Heizbedarfs
- Vergleich der einzelnen Raumheizlasten mit den vorhandenen Bestandsheizkörpern unter besonderer Berücksichtigung einer maximalen Heizungsvorlauftemperatur von 55°C.
- Identifizierung von Heizkörpern, mit zu geringer Leistung für einen effizienten Wärmepumpenbetrieb.
- Berechnungen für den hydraulischen Abgleich
Interessiert?
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